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电力电子器件建模

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2021-05-26 更新 5莲券

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简介:电力电子器件建模

0 引言
1 建模的目的
2 器件的理想模型
3 Power Diode模型
4 SCR模型
5 GTO模型
6 Power MOSFET模型
7 IGBT模型
8 小结

0 引言
• 电力电子系统分析的层次模型
• 系统模型system
• 装置模型circuit
• 器件模型device

0 引言
• 器件模型
• 工艺模型 采用工艺参数作为模型参数,包括工艺过程的温度、
时间、气流流量、扩散杂质的浓度等。
• 物理模型 将器件的输入输出特性与物理结构和拓扑参数相联系,
模型中的原始参数为器件的几何尺寸和半导体的物理参数,包
括杂质的浓度空间分布、少数载流子的寿命和载流子的迁移率
等。
• 电学模型 通过简化物理原理,只考虑主要的输入输出效应,也
就是元件的端电压和端电流。
• 基本模型
• 子电路模型
• 数学模型

0 引言
• 电学模型 通过简化物理原理,只考虑主要的输入输出
效应,也就是元件的端电压和端电流。
• 基本模型 基本模型即基本的电学模型。根据简化后的电力
电子器件的物理规律,建立状态方程并编制相应代码,建立
的基本的电学模型。
• 子电路模型 利用仿真软件中已有的半导体器件模型、无源
器件模型和受控源模型,根据所研究器件的物理规律,构造
一个新的模型。
• 数学模型 直接建模方法,直接利用由器件的物理过程抽象
出来的数学方程进行编制代码的方法建立新模型。

1 电力电子器件建模的目的
• 电路需要
• 器件模型能够准确提供波形信息
• 换向过程
• 元器件应力
• 功率消耗
• 设计器件缓冲电路的需要

1 电力电子器件建模的目的
• 理想开关与实际功率开关器件的区别

1 电力电子器件建模的目的

2 电力电子器件的理想模型

Device  Modeling---Ideal Switch (Matlab)

Device  Modeling---Ideal Switch (Matlab)

Device  Modeling---Ideal Switch (Matlab)

在电力电子器件建模中需要考虑的问题
(1)电阻系数的非线性,来自掺杂的半导体,随电压
电流变化。
(2)电荷存储量 例如双极型器件。
(3)MOS电容 门极电容,可变的,非线性的。
(4)电热交换
(5)击穿 一般是雪崩击穿。

3 POWER DIODE
电力二极管的静态特性 

Parameters:
(1)Diode Voltage Drop: Diode conduction voltage drop, in V 
Device  Modeling---Diode (Psim)
问题:如何建立右边特性对应的电路模型?

DEVICE   MODELING---DIODE (MATLAB)

DEVICE   MODELING---DIODE (MATLAB)
• Resistance Ron The diode internal resistance Ron, in ohms (Ω).
• Inductance Lon The diode internal inductance Lon, in henries (H).
• Forward voltage Vf The forward voltage of the diode device, in volts (V).
• Initial current Ic Specifies an initial current flowing in the diode device.

Device  Modeling---Diode
功率二极管子电路建模

电力二极管的基本特性
电力二极管的动态过程波形 
 a) 正向偏置转换为反向偏置  
b) 零偏置转换为正向偏置
a)
F
uF
tF t0
trr
td tf
t1 t2 tUR
URP
IRP
diF
dt
diR
dt
i
b)
UFP
u
i
iF
uF
tfr t0
2V
tfp

DEVICE   MODELING---DIODE (SABER)
The turn-on overvoltage is 
modeled by a dependent voltage 
source Vm in series with the 
reverse recovery circuit. The 
voltage overshoot peak value vfp 
and its corresponding time tfp 
mainly depend on the rate of 
current rise difdt. Once calibrated 
for a given set (vfp, tfp, difdt), the 
model remains valid over a wide 
range of dIf/dt conditions. If not 
provided by data sheets, forward 
recovery arguments can be 
obtained by measurement in a 
chopper circuit.

DEVICE   MODELING---DIODE (SABER)
正向恢复动态过程 

DEVICE   MODELING---DIOD... 更多>>

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KAKAPVP

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